u盘显示不出来 高速数字逻辑电平（8）之LVDS差分信号深度详解

LVDS（Low-Voltage Differential Signaling ,低电压差分信号）是美国国家半导体（National Semiconductor, NS，现TI）于1994年提出的一种信号传输模式的电平标准，它采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等优点，已经被广泛应用于串行高速数据通讯场合当中。

LVDS技术规范有两个标准，即TIA（电讯工业联盟）/EIA（电子工业联盟）的ANSI/TIA/EIA-644标准（LVDS接口也因此称为RS-644接口）与IEEE 1596.3标准。

LVDS电平标准采用一对（两根）差分信号线传输数据。我们最常见的差分信号线就是USB（Universal Serial Bus, 通用串行总线），现如今，任何一台PC电脑上都会有USB接口，它可以用来连接U盘、键盘、鼠标、打印机、移动硬盘等等，如下图所示：

HDMI（High Definition Multimedia Interface, 高清晰度多媒体接口）是一种数字化音视频接口技术，适合影像传输的专用型数字化接口，它由4对差分线组成。u盘显示不出来我们使用的SATA（Serial Advanced Technology Attachment,串行ATA接口规范）硬盘也包含接收与发送两对差分信号线，如下图所示：

有过DDR3 SDRAM应用经验的读者也会发现有几对差分线，如下图所示：

很遗憾地告诉大家，以上几种接口的差分信号线使用的都不是严格意义上的LVDS电平标准（但很多基础概念都是相通的），换言之，不是所有的差分信号线都是LVDS电平标准，使用差分信号线进行数据传输的具体电平有很多种，LVDS只是其中之一。

比如，HDMI使用TMDS（Time Minimized Differential Signal, 最小化传输差分信号），DDR3使用SSTL（Stub series terminated logic,短截线串联端接逻辑）。HDMI（TMDS）、USB与SATA使用的电平标准与LVDS很相似，但从其规范来看并不是标准的LVDS（它们也是“低电压差分信号”，但不是我们这里所说的LVDS），不能认为是同一种电平标准（就如同我们不能认为5V TTL电平标准与5V CMOS电平标准是相同的，尽管看起来参数差别不大），而SSTL（包括SSTL_3、SSTL_2、SSTL_18、SSTL_15）与LVDS就完全不是一个东西了。

当然，只要是使用差分信号线进行数据的传输应用，它们对于PCB布线的要求都是大同小异的，这一点我们将在《高速PCB设计》专栏文章中详述。

尽管如此（上面都不是LVDS电平标准），LVDS电平标准接口的应用场合还是非常广泛，LVDS接口的液晶显示屏就是其中之一，它是LCD Panel的通用接口标准。那么到底是什么原因使得LVDS这么受青睐呢？我们从最基本的LVDS硬件来谈谈起。

通常大多数低速数字逻辑电平（如TTL、CMOS）是以电压对参考地的幅值来判断是高电平还是低电平，如下图所示：

而LVDS却完全不一样，它是通过数据同相端与反相端的电压相对大小判断高低电平的，而不是通过同相端或反相端对公共地（GND）。

LVDS的与的基本结构如下图所示。它使用两根线（即差分信号线）来传输一个信号，并且使用恒流源（Current Source）驱动，即电流驱动型（而TTL、CMOS之类电平标准为电压驱动型）。

其中，驱动器（Driver）中的场效应管Q1、Q2、Q3、Q4（不一定是场效应管，因为LVDS技术规范主要侧重于LVDS接口的电气我、互连与线路端接，对于生产工艺、传输介质及供电电压无明确要求，也就是说，可以采用CMOS、GaAs或其它工艺实现，能抓到老鼠的黑猫白猫都是好猫）组成一个全桥开关电路，用来控制3.5mA恒流源的电流流动方向，（Receiver）的同相与反相端之间并联了一个100欧姆的端接电阻，这样电流经过电阻即可产生电压，再经过判断就形成了高低电平。u盘显示不出来

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